神经网络预测-pid串级控制在同步发电机励磁控制中的应用

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1、第31卷第4期华北水利水电学院学报Vo1．3lNo．42010年8月JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerAug．2010文章编号：1002—5634(2010)04—0072—04神经网络预测一PID串级控制在同步发电机励磁控制中的应用陆桂明，张运哲，石瑞杰(1．华北水利水电学院，河南郑州450011；2．三门峡供电公司，河南三门峡472000)摘要：为提高发电机励磁控制系统的稳定性，分析了同步发电机的自并励励磁系统的结构和数学模型，介绍了神经网络预测控制的结构

2、和算法，分别基于PID控制、神经网络预测控制和神经网络预测一PID串级控制算法对自并励励磁系统进行了仿真分析．通过仿真结果的对比分析，说明神经网络预测一PID串级控制在励磁控制中的应用提高了励磁系统的动态性、稳定性和抗干扰能力．关键词：神经网络；预测控制；励磁控制中图分类号：TP391．41；TM341文献标志码：A记忆的功能．利用传统的预测控制算法获得理想的1同步发电机的励磁控制算法抗干扰性有一定困难，当把神经网络预测控制与电力系统是一个由多种元件与单元组成的复杂PID构成串级控制，采用多层控制策略，把PID与易系统，各个元件与单元又具有很复杂的动力学特性

3、，发生干扰的环节或部位构成内环，来抑制突发性的尤其是同步发电机，不仅有机电方面的过渡过程特干扰．然后把内环看成一个广义对象，与原对象的剩性，而且有电磁方面的过渡过程特性，这就决定了电余部分和神经网络预测控制构成外环，这样，既充分力系统也是个非线性系统．同步发电机的励磁控制利用了预测控制的鲁棒性和超前性，也利用了串级是提高电力系统稳定性的经济而有效的措施之一，控制的抗干扰能力，增强了系统的动态品质．笔者尝也是电力系统中的研究热点之一．试用预测控制和神经网络相结合的方法，提出用神对于同步发电机励磁系统的非线性问题，用经经网络预测一PID串级控制的思想，以同步电机

4、为典的控制理论或现代控制理论都难以有效地解决．被控对象，采用机端电压作为被控量，对励磁系统进尽管传统的PID控制结构简单、调整方便、良好的动行控制，解决了同步发电机电压稳定的问题，保证了态性能和抗干扰能力，在励磁控制中有着广泛的应机端电压具有良好的动态特性和稳态性能．其系统用．但它基于线性化模型，一旦运行时偏离线性化时结构如图1所示．所设定的稳态工作点，或者系统遭受到大的干扰，或是用于复杂非线性系统，或具有非线性环节的模型，就不能再满足控制系统的性能要求．预测控制是一类新型的计算机控制算法，它采图1神经网络预测一PID串级控制结构图用预测模型、反馈校正和滚动

5、优化等控制策略，具有超前预测、鲁棒性和跟踪性好，不依赖于对象的数学2同步发电机的自并励励磁控制系统模型，解决了因对象过于复杂而产生模型失配的问题，具有良好的控制效果．神经网络具有以任意精度2．1自并励励磁控制系统的原理和结构逼近非线性函数的能力和自组织、自适应、自学习和自并励励磁系统的原理结构如图2所示收稿日期：2010—04—02作者简介：陆桂明(1964一)，男，广西扶绥人，教授，博士，主要从事计算机监控、智能控制方面的研究第31卷第4期陆桂明，等：神经网络预测一PID串级控制在同步发电机励磁控制中的应用733神经网络预测控制系统3．1神经网络预测控制系

6、统的结构神经网络预测控制系统由神经网络预测器和非线性优化器组成，其结构如图4所示．图2目井励励磁系统原理结构图自并励励磁系统是指由接于发电机端的励磁变图4神经网络预测控制系统结构图压器作为励磁功率电源的晶闸管励磁系统．自励晶模型预测的第1步是建立系统的神经网络模型闸管励磁系统主要由主电路和自动电压调节器(系统辨识)，第2步是用控制器来预测未来神经网(AVR)两部分构成．主电路部分典型的接线方式是络的性能．将励磁变压器连接在同步发电机的出口端．这种接神经网络预测器采用一个3层的前向BP神经线方式比较简单，励磁电源的可靠性高．白并励励磁网络，利用对象输出Y(k)

7、与神经网络模型输出系统的励磁变压器通常不设自动开关，高压侧可以Y(k)之间的误差e(k)作为神经网络的训练信号，加装高压熔断器，容量大的油冷励磁变压器应有瓦来预测神经网络的未来性能．优化器通过最小化性斯保护，变压器高压侧接线必须在发电机的差动保能指标函数来确定控制输入(k+)(J=1，2，⋯，护范围之内．自并励励磁系统的大功率整流装置均Ⅳ)，采用三相桥式接线，这种接线方式的优点是晶闸管Ⅳ，元件承受的电压低，变压器的容量利用率高．三相桥．，=∑[Y，(k+)一Y(k+川+式电路有半控桥方式或全控桥方式¨，这里采用全Ⅳ控桥方式．主电路通过晶闸管改变三相整流电路的

8、P∑[“(k+J一1)一M(k+一2)]，导通角来调